脑机接口：人脑与数字世界的融合
2024-12-18乘桴于海
技术发展史
对BCI的研究可以追溯至1924年德国精神病学家汉斯·伯杰（Hans Berger）发明了脑电图（EEG），作为非侵入性的大脑监测技术。直至70年代，美国学者首次正式提出BCI的概念，并尝试用计算机处理EEG信号。截至20世纪末期，BCI仍处于以基础研究为主的铺垫阶段。
21世纪初，BCI技术研究逐步转向以医疗为主的应用领域，成果产出集中于美国的各个校园，历经50多年的研究，BCI技术得 到了迅速发展，目前正处于产业落地阶段。技术竞争的战略布局从以往多国政府、科研院所之间转向了市场和企业，各大企业纷纷投资研发BCI技术。
应用领域
BCI的技术应用最初在医疗健康领域，由20世纪70年代首次开发了用于癫痫治疗的植入性BCI，针对于神经功能障碍患者实施脑功能监测和控制，起到了辅助沟通及运动功能、慢性疼痛管理、癫痫治疗、精神治疗以及意识与认知诊断治疗的功效，在技术成熟度和高度专业化的协同作用下，医疗健康是BCI目前离商业化最近的应用领域。
随着技术的发展应用领域不断拓宽，BCI技术预期应用于游戏、教育、智能家居、自动驾驶甚至军事等领域，BCI技术的发展可以最大化地泛化大脑功能，使各个领域更具便捷性。
BCI通过实现多感官体验和深度社交互动，可以最大化满足游戏娱乐的沉浸感和吸引力；教育方面，通过监测学生的学习状态和与VR的结合，为学生提供个性化的学习方案和更为身临其境的学习环境；另外可以实现改善智能家居和自动驾驶的体验感；至于军事领域，BCI具有更广泛的应用前景。BCI可以帮助士兵提高战场意识、增强决策能力，以及实现更为精准的武器控制。此外，BCI还可以用于军事训练和康复等领域，提高军事行动的效率和效果。
研究面临的问题
当前BCI研究面临的问题，包括技术短板效应明显、安全问题和伦理问题。
技术短板效应明显
作为跨学科研究促动的行业之一，BCI技术的发展需要多个学科发展的共同支撑，然而任何一个学科的落后都会造成短板效应，制约BCI技术发展。
对大脑反馈刺激和工作机制的神经科学研究受限。解决“从脑到机”方向的输出、解读问题，以及控制的效率和准确率则会遥遥无期。
若生物医学工程学科的发展不够，可能导致在BCI设备的设计和制造方面遇到瓶颈，难以实现设备的性能和稳定性。
若计算机技术不够先进，软硬件设备性能低下，难以实现高精度的信号采集和处理。算法的研发不够成熟，会使BCI难以实现准确的控制和反馈。
若生物材料学发展受制，侵入式接口则需面临对脑部损伤的问题，刺激的准确性亦会受制。
安全问题
安全问题使BCI技术受到更多制约。BCI设备可以收集并传输用户的大脑信号，这些信号可能包含用户的私人思想和感受。如果这些信号被恶意第三方剽窃、拦截，可能会导致隐私泄露和数据安全风险；除此之外，身心健康问题亦值得重视，BCI设备的植入和佩戴存在潜在感染、组织损伤风险，长期使用BCI设备可能对使用者的心理健康产生成瘾、依赖等负面影响。
伦理问题
包括潜在的思维控制和公平公正问题。BCI技术使得用户可以利用思维控制外部设备。这种能力亦可能被恶意利用；此外，BCI技术也可能引发有关公平和公正的讨论，如利用BCI技术增强人类能力是否公平等，是否从更深刻的意义上加剧数字鸿沟，导致社会不公平现象进一步加深。
产业市场结构
随着科技的不断发展，BCI技术逐渐成为全球关注的热点。浙商证券预计，未来几年BCI 产业将得到进一步的完善和发展，为多个行业带来革命性的变革。
上游：BCI核心技术的研发位，集中在硬件层面，如传感器、微电极、信号处理算法等。此外，这一环节还包括了BCI系统的关键硬件和软件组件的制造。上游市场致力于开发更高效、更精确的BCI系统，企业分布占8%。
中游：包括BCI系统的集成和生产。企业负责将上游的硬件和软件组件整合到完整的BCI系统中，并进行测试和验证。此外，中游市场还包括了BCI系统的应用程序开发者，为特定应用场景开发定制化的软件和解决方案，企业分布占30%。
下游：包括医疗、教育、游戏等领域的企业和机构，负责将BCI系统应用到实际场景中，为用户提供服务，企业分布占62%。
市场结构方面，2023年，非侵入式BCI占BCI市场规模的86%。目前，受到BCI技术和伦理、安全等因素的制约，无论是各国科研院所还是企业，研究重点都侧重非侵入式BCI，对非侵入式BCI的研发投入也高于侵入式BCI。
市场规模猛增
2023年，全球BCI市场规模达19.8亿美元，预计到2027年市场规模达33亿美元，7年间年复合增长率约为14%。 近年来，BCI市场仍主要以医疗为主，下游份额占比56%，其他领域包括消费、工业、教育等；受到技术及安全等因素的制约， BCI主要以非侵入式接口为主。
